某剧院工程曲面弧形灯光孔模板施工技术

国家大剧院曲面弧形灯光孔模板施工技术国家大剧院音乐厅内四周有24根截面为椭圆形型钢混凝土组合柱，长轴1600mm，短轴410mm。在二层整个观众席的上部每根型钢混凝土组合柱+9.100m处标高设计有一灯光孔，灯光孔正前视如图1，剖面图如图2、图3。灯光孔随椭圆形型钢混凝土组合柱分布于音乐厅内四周。灯光孔内有一竖向圆形灯轨。灯轨上安装两个可以上下滑动并可360°调整照射角度的照明灯。音乐厅内进行音乐演出时，灯光从四周的椭圆柱内射出，通过灯光强弱的变幻和灯光照射角度的调整，为音乐演出的艺术氛围进行烘托和渲染，灯光孔是整个音乐厅的音乐艺术和建筑艺术充分结合的重要组成部分。同时，灯光孔处混凝土只做粉刷装饰。为此，灯光孔的造型和成型效果显得尤为重要。曲面弧形灯光孔模具施工难点设计方法国巴黎机场设计公司只提供了灯光孔形状概念设计图。灯光孔的造型是整个音乐厅音乐艺术与建筑艺术协调统一的重要组成部分，法方设计人员高度关注。（3）灯光孔前后形状，大小不一，前后形心不叠合，所有的面均为双曲面。造型艺术性极强。（4）灯光孔的形状无具体的椭圆方程或曲面、曲线方程，需要深化设计。（5）灯光孔设计在椭圆形型钢混凝土组合柱内，60mm厚劲性钢腹板需开洞，洞边加焊型钢条加强肋，灯孔周围钢筋密集，（6）柱子混凝土设计强度为C80。（7）灯孔模具成型精度要求高，误差±1mm。（8）灯光孔为清水混凝土结构，浇筑成型后不做任何装饰，模具尺寸及外观光洁度要求极高。（9）灯光孔模具本身形状不规则，模具安装就位难度大。（10）灯光孔为异形孔洞，形状复杂，不同于常规的模板工程，施工时无参照性。（11）与灯光孔模具接触的砼量各不相同，传给模具的受力很不均衡，所以模具本身的刚度要求较高。1.施工程序曲面弧形灯光孔模具设计、施工程序流程图2.多曲面弧形模具设计2.1针对灯光孔模具以上几方面的施工难点，结合自身的资源情况和施工经验，把灯光孔模板的设计思路确定为：定型模板，同时能完好拆除，周转使用。2.2根据法方提供的概念设计图进行深化设计，利用计算机程序计算出可供加工尺寸，绘制三维动画和图形，报法方设计人员确认。编制加工方案报法方设计人员审批。图一深化设计后供雕刻机使用的模型2.3根据三维动画和图形，在现场按1：1比例制作定型木模具和椭圆形混凝土柱浇筑出灯光孔模型，让法方设计人员确认。根据成型的灯孔总结经验不断的进行细化，修改和更新。2.4根据模型，确保灯光孔模具的成型质量和加工工艺上的科学性和可行性，在方案选择上以材料的成型效果和加工工艺的难度为比较依据，充分进行市场调研和比较。见表1各种方案综合比较评价表表1材料成型质量（误差±±1mm）加工工艺造价（元/个）加工周期（天/个个）刚度母模制作备注木材精度不能保证简单1003满足不需要未采用钢材精度能保证难度很大90005满足需要未采用ABS板精度能保证难度很大10003满足需要未采用石膏精度能保证难度大20005不满足需要未采用树脂精度能保证难度大10003满足需要采用通过质量，工期，成本的综合对比和模型制作后的修改，更新，最后选用了在高温环境下极易成型，价格比较适中，工期短的树脂作为模具制作的主材。2.5为提高模具的整体刚度，在树脂模具内增加经弯制焊接成的小方钢内龙骨，保证模具成型后不易变形。2.6考虑到定型模具的形状不规则，安装就位时在模具的后面增加一个5cm宽6mm厚的钢圈，作为模具的后固定点。2.7根据选定的树脂材料和现场的模型进行制作方案的编制并报方法设计人员确认。3.灯光孔模具的制作3.1先用硬木按1：1比例加工椭圆形柱子模型如图二图二灯光孔模具母模3.2将深化设计数据输入至雕刻机，使用雕刻机在椭圆形柱子模型上雕刻出1:1的灯光孔，作为制作加工灯光孔模板的母模，并经法方设计人员检验确认。3.3按灯孔形状、尺寸每边缩小约15mm，用小方钢加工弯制并焊接模具骨架。3.4在高温环境中，把加工好的树脂材料热敷在母模内，每次敷设厚度为5mm，每敷一次后，立即加入纤维丝布。当敷设厚度达15mm时，把事先加工好的方钢龙骨放入母模内。继续敷设树脂和纤维丝布，至厚度达40mm。3.5待树脂完全冷却后，从母模内脱出已加工成型的树脂灯孔模具，对模具尺寸进行严格的全面检查，并经法方设计人员验收。对个别不符合要求的模具需进行二次修补，直至验收合格为止。图三加工成型的灯孔模具4.模具施工音乐厅内共有24个灯光孔，按施工流水段分4批进行施工，每批施工6根柱子。由于工期紧，保证流水施工，保证工期，本工程灯光孔模板共加工12个，流水、周转施工。4.1施工工艺流程：现场测设控制线→搭设施工操作平台→椭圆形柱子内劲性钢腹板开孔、加肋→绑扎柱子钢筋→安装灯光孔模板→电专业管线预埋→校核灯光孔模板位置并固定→椭圆形柱模板安装→浇筑混凝土→养护→拆模。4.2把柱子垂直中心线及标高引测至劲性钢腹板上，定出钢腹板的开孔位置，测出灯光孔模板的控制线。4.3钢腹板开孔后，需进行钢腹板的加强，在洞口的两侧加焊钢板肋。4.4柱子钢筋绑扎时，先绑扎灯孔两侧钢筋，再绑扎灯孔下的钢筋，后绑扎灯孔上的钢筋；也可先把灯孔模板放入柱子内，定出柱子钢筋保护层后，再进行钢筋绑扎。4.5灯孔模板就位后先用铁丝吊挂在上部钢筋上，调整、校核其标高位置后，将其固定。固定时，在模板尾部的钢环上焊接短钢筋，短钢筋和周围钢筋点焊固定；在模板前部使用铁丝固定于柱子筋上。4.6待一切校验工作进行无误后，在灯孔模板前后的边缘，与柱子模板接触部位满粘贴海绵条。4.7办理隐检后即可支设柱子模板，柱子模板从前后方向合拢，减少模板左右方向的移动，保证灯孔模板不受扰动。4.8在柱子模板与灯孔模板接触的地方竖向开两个约100×100mm小孔，用勾头螺栓穿过小孔钩住灯孔模板的龙骨，与柱子模板固定，确保灯孔模板在浇混凝土时不位移。5.柱子混凝土浇筑5.1在灯孔模板的周围，柱子截面小，钢筋密，下料及振捣相当困难。为了确保混凝土的浇筑质量，位于灯孔模板前下方柱子模板上开两个200×200mm的振捣口，灯孔模板后下方柱子模板上开一个200×200mm的振捣口，用于灯孔下的柱子混凝土的振捣。5.2柱子混凝土用塔吊浇筑，逐根进行。混凝土浇筑前要做好各种准备工作，组织好混凝土的进场间隙，保证水平、垂直运输的连续、通畅、有效。混凝土浇筑时从模板上口用串筒下料，根据柱子体积确定好每次的下料量，严格控制放料高度在500mm左右，确保C80混凝土的连续浇筑和充分振捣。5.3浇筑灯孔下混凝土，振捣棒需从预留的振捣口处伸入柱模内振捣混凝土，同时敲打柱子模板配合振捣。待混凝土浇筑至振捣口位置时，及时用多层板封堵振捣口，并继续上部混凝土的浇筑。浇筑灯孔上部混凝土需从指定位置伸入振捣棒振捣。6.模板的拆除6.1柱子混凝土同条件试块强度达到1.2Mpa后，开始拆除柱子模板。本工程施工正值冬季，柱子模板拆除后，为防止柱子混凝土由于温差出现裂缝，及时用保温被、塑料布包裹保温养护。6.2柱子混凝土同条件试块强度达到设计强度的50%后，拆去保温，拆除灯光孔模板。拆模时，需从后向前用力顶推，用力均匀，切勿用力冲击模板，拆下的模板及时清理、维护，以便下次使用。图四灯光孔拆模后成型效果图7.技术经济和社会效益分析7.1经济效益分析通过对本工程曲面弧形灯光孔模具的成功研制和应用，节约模板制作工期为2天/个，施工工期为24天。降低直接成本（制作成本）9.6万元，减少了工程周转材料积压和人工窝工，保证了工程施工的连续性，降低间接成本200万。7.2社会效益曲面弧形灯光孔施工完成后，经过法方设计人员的验收全部合格，得到了设计，业主和同行们的称赞和好评